할바흐 배열은 특수한 자석 배열 방식입니다. 이 구조를 자세히 살펴보기 전에, 먼저 몇 가지 일반적인 영구 자석에서 자기장 선이 어떻게 분포하는지 알아보겠습니다.
이 그림에서 알 수 있듯이 자석의 방향과 배열은 자기력선의 분포, 즉 자석 주변의 자기장 패턴에 직접적인 영향을 미칩니다.
할바흐 배열의 개념
할바흐 배열은 특별한 자기 구조입니다. 1979년 미국의 물리학자 클라우스 할바흐는 영구 자석의 독특한 배열을 발견하고 점차적으로 개선해 나갔습니다. 그 결과물이 바로 오늘날 우리가 할바흐 배열이라고 부르는 것입니다. 할바흐 배열이는 공학적으로 거의 이상적인 구성으로 여겨집니다. 이 방식은 자화된 블록을 특정한 방식으로 배열하여 한쪽은 자기장을 강화하고 다른 쪽은 약화시킴으로써, 최소한의 자석으로 최대한 강력한 자기장을 생성하는 것을 목표로 합니다.
이 배열은 희토류 영구 자석으로 구성되어 있습니다. 서로 다른 자화 방향을 가진 이 자석들을 정해진 패턴에 따라 배열함으로써, 자기력선이 배열의 한쪽에 집중되고 반대쪽에서는 억제되어 매우 효율적인 자기장 형성을 가능하게 합니다. 일방적 자기장.
이러한 특성은 공학 분야에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 할바흐 배열은 탁월한 자기장 분포 특성 덕분에 핵자기공명(NMR), 자기부상 시스템, 특수 영구자석 모터 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
왼쪽에는 북극이 위를 향한 자석 하나가 있습니다. 색깔 분포를 보면 자석의 위쪽과 아래쪽에 자기장이 집중되어 있음을 알 수 있습니다. 오른쪽에는 할바흐 배열이 있는데, 이는 위쪽에는 강한 자기장을, 아래쪽에는 훨씬 약한 자기장을 생성합니다.
전체 자석 부피가 동일할 때, 할바흐 배열의 강자성측 자기장 세기는 대략 다음과 같습니다. √2 (약 1.4배) 기존의 단일 자석보다 더 강력한 자력을 발휘합니다. 이러한 자력 향상은 특히 자화 방향의 자석 두께가 특정 범위 내에 있을 때 두드러지게 나타납니다. 4~16mm.
할바흐 배열의 가장 잘 알려진 예는 아마도 다음과 같을 것입니다. 유연한 냉장고 자석. 이 얇고 부드러운 자성 시트는 종종 패턴이 인쇄되어 냉장고나 자동차 표면에 부착되는데, 간단한 할바흐(Halbach) 구조를 이용하여 접착력을 향상시킵니다. 자력은 매우 약하지만(네오디뮴-철-붕소) 저렴하고 유연하며 실용적이기 때문에 널리 사용됩니다.
할바흐 배열의 형태와 응용
선형 배열
선형형은 할바흐 배열의 가장 기본적인 형태입니다. 아래 그림과 같이 방사형 및 접선형 자화 배열의 조합으로 볼 수 있습니다.
선형 할바흐 배열
선형 할바흐 배열은 주로 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 선형 모터.
자기부상열차의 부상 원리는 움직이는 자석이 도체에 유도된 전류에 의해 생성된 자기장과 상호 작용하여 양력(부상력)과 자기 저항을 발생시키는 것입니다. 부상 시스템의 성능을 향상시키는 핵심은 양력 대 자기 저항 비율을 극대화하는 것입니다. 이를 위해서는 열차에 탑재된 자석이 가벼워야 하고, 강하고 균일한 자기장을 가져야 하며, 높은 신뢰성을 확보해야 합니다.
자기부상 차량에는 할바흐 어레이가 설치되어 있습니다. 차량 본체 중앙의 수평 방향. 이 시스템은 선로를 따라 배치된 코일과의 상호 작용을 통해 추진력을 생성합니다. 이러한 배열은 선로 쪽의 자기장을 최대화하고 반대쪽의 자기장을 최소화하여 승객의 자기 노출을 줄이고 더 적은 자석을 사용하여 강력한 성능을 구현합니다.
링(환형) 할바흐 배열
링형 할바흐 배열은 다음과 같이 간주될 수 있습니다. 원형 구성 선형 할바흐 배열의 양 끝을 연결하여 연속적인 원주 방향 자기장을 생성합니다.
영구 자석 모터의 할바흐 배열
영구 자석 모터에서, 공극 자기장 할바흐 어레이 모터의 출력 분포는 기존 영구 자석 모터에 비해 정현파에 더 가깝습니다. 동일한 양의 영구 자석 재료를 사용할 경우, 할바흐 어레이 모터는 다음과 같은 성능을 달성합니다. 더 높은 공극 자기 플럭스 밀도 그리고 철분 손실 감소.
게다가, 할바흐 링 어레이 자석은 효율적인 자기장 분포와 단방향 자기 특성으로 인해 영구 자석 베어링, 자기 냉각 시스템 및 자기 공명 장비에 널리 사용됩니다.
할바흐 배열의 제작 및 생산
방법 1: 세그먼트 조립
배열의 위상 구조에 따라, 미리 자화된 자석 세그먼트들이 서로 접착됩니다. 강력한 자력 때문에 반발력 각 부분 사이에는 조립 과정에서 제자리에 고정하기 위해 금형이나 고정 장치를 사용해야 합니다. 이 방법은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다. 낮은 제조 효율간단하고 구현하기 쉬워서 적합합니다. 실험실 연구 및 프로토타입 제작.
방법 2: 후자화 처리된 일체형 자석
완전한 자석은 먼저 다음과 같이 형성됩니다. 틀에 채우거나 누르는 것그런 다음 특수 설계된 고정 장치에서 자화시킵니다. 결과적으로 생성되는 배열 구조는 아래 그림과 유사합니다. 이 방법은 다음과 같은 이점을 제공합니다. 생산 효율 향상 그리고 ~에 매우 적합합니다 양산. 하지만 이를 위해서는 자화 고정 장치의 세심한 설계와 잘 정의된 자화 공정이 필요합니다.
방법 3: 할바흐형 자기장 분포는 아래 그림과 같이 특정한 형상의 권선 배열을 사용하여 구현됩니다.
